항공우주 복합재: 항공 엔지니어링의 추진력

새롭고 강화된 소재들은 항공우주 공학의 세계를 혁신하고 있습니다. 이 기사에서는 우리가 화성 그 너머까지 도달할 수 있도록 하는 몇 가지 새로운 복합 소재를 살펴보겠습니다.

항공우주 복합재: 탄소 섬유, 나노튜브 및 그래핀

탄소 섬유는 1800년대에 전구 필라멘트에 사용하기 위해 대나무와 면과 같은 재료를 사용하여 처음으로 제작되었습니다. 20세기 중반에 들어서야 연구자들이 이 재료를 잠재적인 구조 요소로 탐구하기 시작했습니다.

오늘날 대부분의 탄소섬유는 폴리아크릴로나이트릴로 만들어집니다. 이 미세한 개별 섬유는 플라스틱 바인더의 도움으로 함께 결합되어 매우 강하고 가벼운 소재를 형성합니다. 탄소섬유 소재에서 얻어지는 무게 절감은 우주로 향하는 로켓, 비행 중인 항공기, 심지어 여러분의 다음 자전거 라이딩에서도 연료 소비 감소를 의미합니다.

우리는 다른 항공우주 복합재료, 탄소 나노튜브, 그래핀 및 버크민스터풀러렌을 탄소 소재 기술의 다음 단계로 고려할 수 있습니다. 이들 각각의 재료는 탄소 원자들이 주변의 세 원자와 결합하여 이루어져 있습니다.

항공우주 및 방위를 위한 에어로젤

1931년 Samuel Stephens Kistler는 젤리에서 액체를 제거하여 에어로겔을 만들었습니다. 그 결과물인 고체 물질은 대부분 공기로 이루어져 있습니다. 현대 에어로겔은 종종 실리콘으로 만들어지며, 액체 분자를 제거하여 부피의 99% 이상이 공기로 이루어진 매우 다공성 물질을 생성합니다.

에어로겔이 “정지된” 공기로 구성되어 있기 때문에 탁월한 단열재입니다. 에어로겔의 높은 다공성과 분자 운동을 제한하여 열 에너지 전달을 감소시키는 크누센 효과(Knudsen Effect) 덕분에 열전도율은 내부에 포함된 기체보다 낮을 수 있습니다. 이러한 다공성은 또한 에어로겔을 친수성으로 만들어 많은 양의 수분을 흡수할 수 있게 합니다. 그러나 첨가제를 통해 방수성을 부여할 수 있습니다.

이러한 특성은 에어로겔을 NASA를 포함한 다양한 잠재적 응용 분야를 가진 훌륭한 소재로 만들어줍니다. 원래 형태로는 상당히 부서지기 쉬우며 분명히 이색적인 소재지만, 최소한의 부피 내에서 극단적인 단열이 필요한 보다 지상적인 응용 분야에서도 사용되어 왔습니다.

금속 3D 프린팅, 고급 열처리, 항공우주 복합재 및 그 이상

역사적으로 금속 가공 기술의 발전은 사회를 발전시키는 원동력이 되어 왔습니다. 완전히 새로운 재료는 아니지만, 금속을 3D 프린팅할 수 있는 능력은 이전에는 불가능했던 형상을 만들 수 있게 합니다. 3D 프린팅이 로켓 건설에서 광범위하게 사용되고 있다는 점을 생각해 보십시오.

3D 프린팅에 부수적으로, 금속의 특성을 향상시키기 위해 금속을 가열하고 냉각시키는 방식은 우주 및 항공 공학 분야에서 계속 사용될 것입니다. 금속, 실리콘 및 탄소로 만들어진 다양한 새로운 항공우주 부품이 미래로 나아가는 힘이 될 것으로 기대됩니다.